光伏背板的耐候性研究

苗鲁滨，周 良，王荣霞，许 庆，杜晓娜

(苏州爱康光伏新材料有限公司，江苏 苏州，215600)

光伏背板的耐候性研究

苗鲁滨，周 良，王荣霞，许 庆，杜晓娜

(苏州爱康光伏新材料有限公司，江苏 苏州，215600)

采用不同结构的太阳能背板与同型号EVA组合层压，对其进行耐候性研究。其结果表明，传统TPT背板具有良好的耐候性能，而一些新型背板如BBF等也具有较优异的综合性能。

背板，耐候性

光伏背板位于太阳能电池的背面，对电池片起到保护和支撑的作用，使用环境要求其具有绝缘、耐候、阻水等性能。单独的聚合物材料无法满足光伏行业的使用要求，因此一般采用几层性能互补的材料粘合在一起。目前市面上常见到的主流结构一般由三层组成:含氟膜(替代物)+PET层(替代物)+EVA粘结层(含氟膜、改性EVA、PE、PET等);按结构分为TPT太阳能背板、TPE太阳能背板、BBF太阳能背板、EVA 太阳能背板等［1－4］。

背板的耐候性对组件寿命影响至关重要，背板破坏之后，组件就没有耐候性及防水性可言;其结果便是EVA迅速老化，最后影响电池片，整个组件也随之报废。所以背板的耐候性及寿命直接影响组件的发电效率及使用年限。

目前对于背板耐候性的研究一般仅限于理论分析。本研究主要针对目前市面各种不同结构的背板，与EVA层压之后对其整体老化性能进行系统研究，意在得出其在各种使用环境中的性能变化。

1 实验部分

1.1 测试仪器

层压机、万能拉力试验机、高低温交变试验箱、恒温恒湿试验箱、色差仪等。

1.2 所需材料

EVA胶膜选用某国产型号，其各方面性能均较优异;背板结构选取如表1。

表1 试验选取背板Table 1 Back sheets used in the tests

1.3 样品制备与测试标准

湿热、热循环样品制备:取13×13cm玻璃数片，将不同结构背板及EVA裁剪至合适大小，分别按背板/EVA/EVA/玻璃叠放，采用 140℃、17.5min工艺层压。

湿热老化:85℃，85%RH，2000h，初次剥离强度为层压后放置4小时之后测试;

热循环老化:－40－+85℃，每个循环6h，循环200次;

紫外老化:样品尺寸13×7cm，放入紫外老化箱;条件为:0.63w/m2、60℃，1000h;

黄变测试:黄变指数(δYI)按 GB2409－80《塑料黄色指数试验方法》进行测试;

剥离强度:按GB/T 2790－1995进行测试;

黄变指数为EVA与背板内层的综合变色结果。

2 结果与讨论

2.1 湿热老化

由图1可以看出:在湿热老化2000h后，由于氟膜结构优异的耐候性以及PET的阻隔水汽功能，使得含氟背板的黄变指数远低于无氟背板;其中B背板虽然具有较强的耐候性，但由于PA阻水性不佳，使其湿热一段时间后水汽透过率较高，加速EVA老化;而含氟背板中，宏观看来TPT结构的耐湿热性远好于TPE结构，C，D背板虽然在湿热老化初期表现出了较好的性能，但由于内层EVA削弱了整体的耐热、阻水性能，而导致其黄变指数偏高。而具有BBF结构的E背板虽然内层也为EVA，但由于最外层采用了氟含量高、耐候性优越的THV膜材料，使得样品的耐候性同样优异。

图1 不同结构背板与EVA层压后湿热老化研究Fig.1 The hygrothermal aging research of different samples

由表2可见，以C、D背板为代表的TPE型背板由于内层的EVA结构赋予其较大的初始剥离强度，远大于其他结构;且过大的黏结强度使得测量较为困难，容易将背板拉断。另外，其在湿热老化400h之后剥离强度的急剧下降也证明TPE结构的背板耐湿热性略差。而以F、G为代表的TPT型背板，由于氟材料的不粘性，使其初始粘结强度较小;但双面氟膜结构使其剥离强度受湿热环境影响较小。而无氟结构背板初始剥离强度处于TPT、TPE之间，但测试开始后剥离强度的迅速下降也证明了其耐湿热性不佳。

表2 不同结构背板与EVA层压后剥离强度Table 2 The peel strength of different samples

2.2 高低温交变老化

由图2可以看出:各种结构背板耐热循环性能均较优异，其中以双层氟膜结构为最佳，无氟结构略差。

由表3可以得出，内层为EVA结构的背板初始剥离强度为最佳;而外层PVDF的背板由于最佳使用温度为－40－+70℃致使其耐高低温交变能力较差，在1000h测量时剥离强度下降最大。

图2 不同结构背板与EVA层压后热循环老化研究Fig.2 The thermal cycle aging research of different samples

表3 不同结构背板与EVA层压后剥离强度Table 3 The peel strength of different samples

2.3 紫外老化

由图3可以看出，紫外老化1000h后，组件的黄变率都相对较小。其中TPT结构的背板(F、G)展示出了优异的抗紫外老化能力;而TPE结构的背板(C、D)抗紫外变色性略差，这主要是由于背板内层EVA一般不添加紫外线吸收剂，在较短的时间内使样品的黄变指数迅速增加，之后小范围波动。而所选取的BBF背板(E)因内层采用Dyneon EVA，使其整体组件耐紫外性能优异，黄变指数与TPT背板相差无几。

图3 不同结构背板与EVA层压后紫外老化研究Fig.3 UV aging test of different samples

3 结论

由测试结果可以得出:传统的TPT背板耐湿热、高低温循环、紫外性能都普遍好于其他结构背板;但TPE背板与EVA的粘结强度为最佳。而新型的BBF背板性能趋于TPT、TPE结构之间，综合性能较为优异;相比之下，无氟结构背板各项性能均较差。

［1］张传吉，戴建民，等.光伏电池背板综述［J］.浙江化工，2012，2:18－20.

［2］张增明，唐景，等.光伏组件封装EVA的湿热老化研究［J］.合成材料老化及应用，2011，40(3):24－26.

［3］梁振南 秦红，等.背板材料对太阳电池效率影响的实验研究［J］.材料研究与应用，2008，4:432－436.

［4］A W Czanderna，F J Pern.Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as a pottant:A critical review［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，1996，43:101－181.

Study on the Weather Resistance of Photovoltaic Back Sheets

MIAO Lu-bin，ZHOU Liang，WANG Rong-xia，XU Qing，DU Xiao-na
(Suzhou Akcome Photovoltaic New Material Co.，Ltd，Zhangjiagang，Jiangsu，215600)

A series of laminated modules comprised different type of back sheets with the same EVA were researched on their weather resistance.As the results show，the traditional TPT sheets have good weathering performance.In additional，some other novel sheets，such as BBF is also well.

back sheets，weather resistance

TQ31

2012－07－04